Prediction and optimization of aerodynamic performance of an axial flow fan

Axial fans are widely used for displacing a large amount of air with a low-pressure rise in a variety of industries, mainly for ventilation and cooling purposes. The aims of this study are to first, perform a three-dimensional axisymmetric CFD simulation using commercial software, FLUENT, on the baseline case then, with the same method carry out an optimization on the geometry to increase the volumetric flow rate and efficiency of the fan. All the results from CFD are compared with experimental data for verification. The test facility is according to ISO 5801 which is an international standard for performance testing of an axial fan. This project involves a comprehensive examination of how the winglet's shape, tip gap, and non-aerodynamically shaped fan's case affect the fan's aerodynamic performance. The CFD simulation results align well with the experimental data. By adjusting the winglet geometry and fan case, the volumetric flow rate has been increased by an average of more than 10%.

I ventilatori assiali sono ampiamente utilizzati per spostare grandi quantità d'aria con un basso aumento di pressione in vari settori, principalmente per scopi di ventilazione. Gli obiettivi di questo studio sono dapprima eseguire una simulazione tridimensionale CFD asimmetrica utilizzando un software commerciale, FLUENT, sul caso base, quindi, con lo stesso metodo, eseguire un'ottimizzazione sulla geometria al fine di aumentare la portata volumetrica e l'efficienza del tifoso. Tutti i risultati del CFD vengono confrontati con i dati sperimentali per la verifica. L'impianto di prova è conforme alla norma UNI 7179-73 che è uno standard italiano per il test delle prestazioni di un ventilatore assiale. Questo progetto prevede un esame completo dell'influenza della forma del winglet, dello spazio tra la punta e il bordo d'uscita e della forma del case non aerodinamico sulla performance aerodinamica del ventilatore. I risultati della simulazione CFD sono in buon accordo con i dati sperimentali. Inoltre, apportando alcune modifiche alla geometria del winglet e al case del ventilatore, si è ottenuto un aumento della portata volumetrica superiore al 10% in media. Vengono inoltre fornite alcune raccomandazioni per ridurre il rumore a banda larga emesso.